西双版纳热带植物园热量变化趋势

全球气候变暖已成不争的事实,区域气候条件的变化必然对该区域的植物生长与繁殖等多方面产生很大的影响。通过分析西双版纳热带植物园内热量条件(包括气温与地表温)1959—2008年间变化特征,讨论其对植物园中热带植物的影响。研究表明:西双版纳年平均气温与地温分别以0.013和0.007℃/a的速率上升,相对全国较缓;同时,热量因子年间变异程度及极端温度出现的程度均呈下降趋势。西双版纳热带北缘的特殊地理位置决定其热量相对于典型的热带地区不足,因此变暖的气候条件将有利于这里热带植物的生长与繁殖。但由热量变化可能导致的其他环境因子的变化(如降雨量减少等)则可能对植物生长与繁殖产生不良影响。

西双版纳热带植物园主要种植园区太阳辐射特征比较研究

利用2008—2009年间太阳辐射观测资料,分析了西双版纳热带植物园主要种植园区太阳辐射的变化特征,得出其变化及能量分配的相关规律。研究结果表明:在各植物园区,太阳辐射各分量均呈现单峰性变化,中午出现最大值;在具有高大树木、遮蔽较大的种植园区,太阳辐射各分量日总量与旷地的比值较小,在仅有低矮树木的百果园,其比值较大;西双版纳热带植物园植物种植园区,其形成的植物群落结构对太阳辐射的作用已经与原生林或次生林相当,具有明显林下辐射的特征,为植物园进行植物的迁地保护提供了较为原始的森林环境,减少植物的人为驯化,最大程度地保证原物种的遗传特征;不同园区辐射特征对植物迁地保护种植区域的选择提供了依据。

西双版纳热带雨林树种多样性的尺度效应

基于西双版纳20hm2森林动态监测样地内直径≥1cm的树种资料,分析了该样地树种香农多样性指数和辛普森多样性指数及其方差和变异系数在7个取样尺度(5m×5m、10m×10m、20m×20m、25m×25m、50m×50m、100m×100m、200m×250m)的变化规律,结果表明:(1)香农指数-面积曲线在尺度100m×100m有一个峰值,而辛普森指数-面积曲线在尺度为20m×20m有一个峰值。(2)香农指数和辛普森指数的方差随尺度的增加而减小,其中香农指数的方差在尺度100m×100m上最小,辛普森指数在尺度20m×20m方差最小,表明香农多样性指数在100m×100m的尺度上所获得的多样性信息比较可靠,而辛普森指数在20m×20m的尺度上所获得信息比较可靠。(3)多样性指数的方差和变异系数远大于随机模型拟合的数值,说明样地内树种不是随机分布。

西双版纳热带季节雨林树种的区系组成成分分析

按照美国史密森热带研究所的热带森林研究中心1980年在巴拿马Barro Colorado Island地区建立50hm2样地的技术规范,2007年在西双版纳州勐腊县补蚌村的望天树林中建立了一块面积为20hm2的热带森林动态监测样地,逐一测量记录了样地中所有树干胸径≥1cm树木的胸围,并对其挂牌标记、鉴定种名、确定坐标位置。基于此资料分析了科、属的分布区类型,并与马来西亚的热带季节雨林样地(Lambir和Pasoh)和泰国热带雨林样地(HKK)样地内优势科和优势种做了比较。结果表明:1)西双版纳热带季节雨林样地中热带成分的科有51个,热带成分的属有186个,分别占总科数和总属数的72.87%和89.42%;温带成分的科和属各有3个,分别占总科数和总属数的4.29%和1.44%。反映了样地植物区系组成成分的热带性质,温带成分占有一部分比例,则体现了群落的温带性质。2)马来西亚和泰国热带雨林的一些优势科,如龙脑香科、藤黄科、肉豆蔻科,在西双版纳热带季节雨林样地同样占有非常重要的地位,反映了西双版纳热带季节雨林与东南亚热带雨林在科的组成上有很大的相似性。但龙脑香科、野牡丹科、藤黄科、山榄科、橄榄科等一些科在马来西亚有大量的发展,在西双版纳热带季节雨林中这些科的物种数相对较少。

西双版纳热带雨林树种多度与丰富度空间分布特征

基于西双版纳20 hm2森林动态监测样地内直径≥1cm的树种资料,分析该样地树种多度(个体数)和丰富度(物种数)及其方差与变异系数在7个取样尺度(5 m×5 m,10 m×10 m,20 m×20 m,25 m×25 m,50 m×50 m,100 m×100 m,200 m×250 m)的变化规律。结果显示:(1)西双版纳热带雨林样地环境异质性较大,多度和丰富度随着尺度的增加均表现非线性增加。(2)多度的方差随尺度增加而线性增加;丰富度的方差与尺度都表现出非线性的关系。丰富度的方差在尺度100 m×100 m上最大。(3)多度、丰富度和多样性指数的方差、变异系数均大于随机分布模型拟合的数值,表明树种在样地内分布不是随机分布。总之,在生物多样性的保护和管理中要特别注意,尽管多度具有可加性,只有当环境异质性不大时用小尺度多度估计大尺度多度才比较可靠;丰富度的非线性变化使得一个尺度上生物多样性"热点",在另一个取样尺度上却可能为"冷点"。

热带森林植被冠层CO2储存项的估算方法研究

评价植被冠层CO2储存项有助于提高森林-大气层面净生态系统CO2交换量(FNEE)的估算精度。基于西双版纳热带季节雨林2年完整的涡度相关系统和CO2廓线的同步观测资料,详细分析涡度相关法(Fs-EC)和廓线法(Fs-PM)CO2储存项估算结果和变化趋势。结果表明:1)廓线法CO2储存项年平均日变化曲线相比涡度相关法能更真实地反映冠层内外CO2浓度时空变化特征。2)廓线法估算的CO2储存项年总量值为-0.04t/(hm2·a),涡度相关法为-0.17t/(hm2·a)。3)由于复杂地形条件下的西双版纳热带季节雨林存在较大CO2浓度梯度,采用廓线法进行CO2储存项估算比涡度相关法更为合适。

引种保护植物对西双版纳极端冷年的春季物候响应

气温被普遍认为是春季物候期最主要的控制因子之一,然而低温对植物物候的影响效应一直都存在不同的观点。西双版纳由于地处热带地区的北缘,其气温相对于赤道附近的热带地区较低。自1959年以来,西双版纳热带植物园引入了来自世界各个热带地区的4万余种植物进行保护,之前的研究证明西双版纳的低温对这些引种植物的生长有很大影响。因此,1974年西双版纳出现的极端低温势必对引种植物造成极大威胁,同时也是对这些植物低温适应能力的一个考验。通过对比43种引种植物物候期(生长抽梢期与开花期)在1974年与常年的差异情况,分析不同来源(热带亚洲、热带美洲与热带非洲)引种植物对西双版纳低温的适应性。结果表明,经历西双版纳1974年初的极端低温之后,使81%的引种植物生长抽梢期提前,同时也造成35%的引种植物在该年没有开花;而植物生长抽梢提前的主要原因则是极端低温以及低温过后气温迅速回升。引种植物均能顺利度过1974年的最冷时期,并出现生长抽梢物候,这意味着引种植物在经历极端低温之后都能够进行正常的生长活动,但极端低温对引种植物繁殖活动的不利影响大于其对生长活动的影响;引种植物对西双版纳极端低温的适应能力由大到小顺序依次为:亚洲来源植物>美洲来源植物>非洲来源植物。因此在迁地保护植物的选择过程中,应多选择亚洲热带植物,其次为美洲热带植物,而对非洲热带植物的引入则需谨慎考察。

热带雨林土壤呼吸测定代表性时段研究

选取适当时段测定土壤呼吸以代表日平均值,可使短期土壤呼吸观测数据有效应用于土壤呼吸年总量的估算。笔者在西双版纳热带季节雨林使用土壤呼吸自动观测系统在不同月份(1月、4月、7月和10月)进行土壤呼吸连续日变化观测,评估了土壤呼吸代表性时段的有效性。结果表明:在4月、7月和10月使用9:00—11:00作为土壤呼吸代表性时段,与24 h日平均土壤呼吸值相对差异可控制在10%以内;不同月份9:00—11:00土壤呼吸平均值均与24 h日平均值存在偏差,10月相对差异最小,7月最大;选择9:00—11:00时段在多日尺度上可以代表日平均土壤呼吸值,所测算出的Q10值相对接近。

热带雨林冠层树种绒毛番龙眼树冠蒸腾及其与气候因子的关系

利用依据热量平衡原理设计的热扩散探针(TDP),在自然条件下测定了西双版纳热带季节雨林顶级树种绒毛番龙眼(Pometia tomentosa)活体树冠蒸腾量,并定量评价了树冠蒸腾与主要气候因子PAR和VPD的关系。结果表明:绒毛番龙眼树冠蒸腾的昼夜变化趋势与PAR和VPD变化趋势一致,基本呈单峰型。白天蒸腾显著高于夜晚,各月白天的蒸腾量约占全天的80%～90%。树冠蒸腾总量呈现明显的季节变化特征,雨季、雨季末和干热季蒸腾总量平均值分别为530.32、460.81、222.80 kg.m-2.d-1。树冠蒸腾与VPD之间幂指数曲线拟合最好,而与PAR之间直线拟合最好;树冠蒸腾的变化更多地依赖于PAR地变化。

云南不同森林生态系统蒸散特征的比较研究

应用涡度相关技术,对云南5种主要森林生态系统的水汽通量连续多年观测,利用2003—2015年观测数据探讨了不同森林生态系统的蒸散特征和变化规律,并分析了蒸散量与土壤含水量和降水量的关系.结果表明:(1)不同森林蒸散的日变化均表现为单峰曲线,但蒸散启动和结束时间以及峰值出现的时间有所差异;(2)不同森林蒸散量的年变化表现为单峰曲线,最大值在7月,最小值在1月,雨季蒸散大于干季蒸散;(3)多年平均年蒸散量为热带雨林795.68 mm、橡胶林774.54 mm、稀树灌草丛435.35 mm、亚热带常绿阔叶林767.69 mm和亚高山针叶林438.83 mm,分别占各生态系统年降水量的55.05%、59.77%、56.58%、52.80%和42.17%,显示云南主要森林生态系统均为水分盈余状态;(4)不同森林的蒸散量与土壤含水量的关系不尽相同,说明不同森林生态系统对水分的利用策略存在不同.研究结果可为评价森林生态系统的生态水文效应和水分利用策略及理解其对气候变化的响应提供科学基础.

西双版纳人工橡胶林集水区径流特征

利用西双版纳人工橡胶林集水区(1993-2008年)的连续观测资料,分析橡胶林集水区的降雨量、径流深度、无径流日和径流系数特征。结果表明:橡胶林集水区年降雨量(1 510.6 mm)、年径流深度(361.3mm)、年无径流日(80.4 d))和年径流系数(0.235)具有年间差异和显著的季节动态。年、季节尺度的降雨量对年、季节的径流深度和无径流日的影响有差异。人工橡胶林小流域集水区降雨和径流在雨季集中,干季降雨和径流输出少,尤其是在干热季和雨季前期,无径流日多,使得橡胶林干热季和雨季前期发生长期的断流现象,形成区域性的间断性水资源短缺。因此,大面积的橡胶种植将对西双版纳地区水资源尤其是干季水资源,利用产生不利影响,造成干季严重的水资源危机。

热带季节雨林近地层CO_2堆积的气象条件分析

热带雨林内CO2浓度分布随近地层CO2堆积现象的出现而发生显著变化,对估算林内各层植被冠层CO2储存项有直接影响.通过寻找形成近地层CO2堆积的主要气象控制因子,有助于判别不同气象条件在近地层CO2堆积中的作用.采用基于因子分析的主成分提取方法,将8个气象因子观测资料整合为3个主成分,并逐一揭示4个典型时期各主成分的支配因子在近地层CO2堆积形成中的作用.结果表明:热量条件是影响11—12月(雾凉季)、3—4月(干热季)、9—10月(雨季后期)近地层CO2堆积的主要气象条件.水分条件是6—7月(雨季前期)近地层CO2堆积的主要气象条件.动力条件对近地层CO2堆积影响较弱,仅起到辅助作用.

西双版纳5种乔木对CO_2摩尔分数倍增的响应

使用LI-6400便携式光合作用测定仪测定了西双版纳地区5种乔木在CO2摩尔分数从360μmol.mol-1倍增加到720μmol.mol-1倍生理生态指标的变化。结果表明:5种植物光合作用都有明显提高趋势,但提高幅度不同,幅度范围25%～118%,耐荫树种(云南玉蕊、大叶白颜树)提高幅度高于喜光树种。表观量子效率均提高,幅度范围7.8%～45.7%。华南石栎、红木荷和大叶白颜树发生光抑制,发生光抑制时的叶温和饱和水汽压差(VDP)较其他热带地区叶温和饱和水汽压差(VDP)小。水分利用效率(WUE)均明显提高,其中红木荷提高幅度最大为367%,千果榄仁最小为77%。气孔导度均降低,其中红木荷降低幅度最大为70%,大叶白颜树降幅最小为25%。暗呼吸作用均下降。要全面认识森林生态系统对CO2摩尔分数升高的响应程度,应在更大空间和时间尺度上进行环境因子与植物生理研究。

哀牢山亚热带常绿阔叶林地温特征及变化趋势

地温是森林气候的重要指标,对于植物生长和土壤呼吸具有重要作用。本文利用中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站(ASSFE)林外和林内的长期地温观测资料,对研究较少的地温多年平均特征和长期变化趋势进行了研究。结果表明:哀牢山亚热带常绿阔叶林具有较强的生态气候功能,林内外年平均地表温度的差异为2.4℃(林内年平均最高地表温低于林外13.4℃,林内年平均最低地表温高于林外3.4℃),干季的林内外差异大于雨季;年平均地表温具有上升的趋势,干季强于雨季,林内强于林外(林外:0.010℃/a,林内:0.017℃/a)。因此,地温的总体水平上升,地-气温差、林内与林外的地温差缩小。受此影响,哀牢山亚热带山地常绿阔叶林的分布海拔将会升高;地温的升高将加速土壤呼吸速率,进而影响区域内的碳平衡。

龙脑香热带雨林附生苔藓沿宿主垂直梯度的微生境偏好及其指示作用

该研究首次借助林冠塔吊调查了西双版纳国家级自然保护区龙脑香热带雨林样地内69棵树13个垂直高度上的附生苔藓植物,结果表明:目标样树上共记录到隶属于25科60属的90种附生苔藓,其中细鳞苔科物种数最多,占比达25.6%。13个垂直高度上共划分出三种生态类型:喜阳苔藓(散生巨树上>45 m 的区域),喜阴苔藓(乔木树干上<15 m的区域),广布苔藓(广泛分布于宿主各个垂直高度上,生态位宽),并筛选出对微生境有特殊偏好的17种苔藓指示种(IndVal≥0.7, P <0.05)。随宿主垂直高度的升高,扇型和交织型的苔藓占比降低,悬垂型苔藓占比先升高后降低,细平铺型和粗平铺型的苔藓占比升高。大气湿度、水汽压、胸径以及树皮粗糙度对附生苔藓生活型的分布偏好具有显著影响。总之,沿宿主垂直高度上的附生苔藓对微环境变化在生活型和形态结构上有着不同的响应方式,而同一种生态型的苔藓群落有相似的适应机制。因此,在森林林冠生境变化的监测和管理中,对微生境具有明显偏好的附生苔藓物种可作为有效的指示材料。

外来入侵植物对环境梯度和天敌逃逸的适应进化

进化假说认为,在入侵地外来种能发生遗传变化,以适应新的环境,最终成功定殖和扩散。种内或种间杂交、遗传漂变、新环境带来的新的选择压力等是促使外来种发生进化的重要原因。在入侵地,响应来自非生物和生物因素的选择压力是外来种发生适应进化的主要原因。本文主要介绍外来植物如何通过进化适应入侵地的纬度、海拔等非生物环境和天敌逃逸等生物环境。关于外来入侵植物对纬度和海拔等环境梯度的适应进化,本文在强调表型进化研究应与分子标记研究相结合的基础上,介绍了一些同质种植园实验和交互移植实验。关于外来入侵植物对天敌逃逸的适应进化,本文主要介绍增强竞争能力的进化假说和修正的增强竞争能力的进化假说,及其在理论上和验证方法上存在的问题。最后,本文介绍了氮分配的进化假说,该假说认为天敌逃逸可使外来入侵植物降低叶氮向防御的分配,同时增加氮向光合的分配。

植物内生真菌对寄主生长及抗逆性的增效机理研究进展

综述了内生真菌通过产生植物生长物质、活化养分等促进寄主生长,并通过降低活性氧危害,帮助寄主获得诱导系统抗性,分泌有毒物质遏制草食动物取食等提高寄主植物抗逆性的机理。内生真菌还可能演化为其他植物的病原菌,通过抑制别的植物生长而为寄主获得更多有效环境资源,提出外来植物入侵性的获得可能与内生菌的促进作用有关。

热带季节雨林生态系统净光合作用特征及其影响因子

以西双版纳热带季节雨林生态系统为对象,利用涡度相关系统定量分析了2003—2006年该生态系统光合作用特征及其环境控制因子.结果表明:2003—2006年西双版纳热带季节雨林生态系统净光合作用年际变化较小,其最大光合速率(Peco,opt)、昼间呼吸速率(Reco,d)和表观量子效率(α)平均值分别为-0.813mg·m-2·s-1、0.238mg·m-2·s-1和-0.0023mg·μmol-1.受气温(Ta)和饱和水汽压差(VPD)等环境因子的交互影响,不同季节生态系统光合作用特征有所差异.雨季的降水量大、气温较高,生态系统的光合能力最强;雾凉季的浓雾为植物提供了部分水分,其光合水平仍较高;干热季气温较高、降水少,Ta和VPD升高,Peco,opt和α下降.净生态系统CO2交换主要受>20℃的Ta和>1kPaVPD的影响.

哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤含水量变化规律及其影响因子

利用ChinaFlux设置在哀牢山亚热带常绿阔叶林内的通量观测系统的土壤含水量数据,分析了哀牢山亚热带常绿阔叶林内土壤含水量的时间变化及其影响因子,以期了解哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤含水量特征及其变化规律,为森林固碳能力、潜力和速率研究提供支撑。结果表明:(1)哀牢山亚热带常绿阔叶林不同深度土壤含水量大致呈单峰曲线分布,各层土壤含水量基本上随着土壤深度的增加而降低,波动范围也逐渐减小,最小值均在3月,最大值集中在7、8、9三个月。(2)0～100cm各层深度的土壤含水量在17.7%～39.5%波动,其中100cm深度的土壤含水量值最低、波动范围最小,总体来看,土壤含水量雨季高于旱季。(3)土壤含水量主要受降雨量、地温和相对湿度等要素的影响(P<0.05),哀牢山亚热带常绿阔叶林5cm深度的土壤含水量最大,约为38%。

干扰强度对群落中紫茎泽兰种子萌发、幼苗定居和生长的影响

干扰与外来植物入侵密切相关,种子萌发和幼苗定居是植物生活史中最脆弱、也是外来植物入侵最关键的阶段。为研究干扰在恶性外来入侵植物紫茎泽兰成功入侵过程中的作用,采用人工牧草群落代替自然群落,人为干扰(去除不同面积的牧草)模拟自然干扰的方式,研究了紫茎泽兰入侵初期种子萌发、幼苗定居和生长对不同干扰强度的响应与适应。结果表明:(1)随着干扰强度的增大,群落下层光强升高,在直径15、20、25、30cm和35cm的干扰强度下,群落下层相对光强分别为6%、9%、16%、20%和28%。在各干扰强度下,紫茎泽兰种子均能萌发(发芽率40%～50%)、幼苗均能成活(成活率26%～40%)和定居(定居率11%～15%),且差异均不显著(15cm和35cm干扰强度下幼苗定居率除外);在100%光环境下,未发现成功定居的紫茎泽兰幼苗。(2)随着干扰强度的增大,紫茎泽兰株高、冠宽、叶片数、叶长、叶宽、单叶叶面积和总叶面积均有升高的趋势,100%光强下紫茎泽兰冠宽、叶片数和总叶面积最大。这说明紫茎泽兰耐阴性较强,较小的干扰就可能导致紫茎泽兰成功入侵;在不利环境下能缓慢生长,在环境改善后能充分利用资源加速生长,这可能是紫茎泽兰成功入侵的一个重要策略。